1. Definició i impactes clau de la bretxa de l'impulsor

L'espai de l'impulsor es refereix a la distància radial entre l'impulsor i la carcassa de la bomba (o l'anell de paleta guia), que normalment oscil·la entre 0.2 mm i 0.5 mm. Aquesta bretxa afecta significativament el rendiment de  Bombes de turbina vertical multietapa en dos aspectes principals:

● Pèrdues hidràuliques: els buits excessius augmenten el flux de fuites, reduint l'eficiència volumètrica; espais excessivament petits poden causar desgast per fricció o cavitació.

● Característiques del flux: la mida de l'espai influeix directament en la uniformitat del flux a la sortida de l'impulsor, afectant així les corbes de capçal i d'eficiència.

2. Bases teòriques per a l'optimització de l'espai entre impulsors

2.1 Millora de l'eficiència volumètrica

L'eficiència volumètrica (ηₛ) es defineix com la relació entre el cabal de sortida real i el cabal teòric:

ηₛ = 1 − QQfuga

on Qleak és el flux de fuites causat per l'espai de l'impulsor. L'optimització de la bretxa redueix significativament les fuites. Per exemple:

● La reducció de la bretxa de 0.3 mm a 0.2 mm disminueix les fuites entre un 15 i un 20%.

● A les bombes multietapa, l'optimització acumulada entre etapes pot millorar l'eficiència total entre un 5 i un 10%.

2.2 Reducció de pèrdues hidràuliques

L'optimització de la bretxa millora la uniformitat del flux a la sortida de l'impulsor, reduint la turbulència i, per tant, minimitzant la pèrdua de càrrega. Per exemple:

● Les simulacions CFD mostren que reduir la bretxa de 0.4 mm a 0.25 mm redueix l'energia cinètica turbulenta un 30%, el que correspon a una reducció del 4-6% del consum d'energia de l'eix.

2.3 Millora del rendiment de la cavitació

Els grans buits agreugen les pulsacions de pressió a l'entrada, augmentant el risc de cavitació. L'optimització de la bretxa estabilitza el flux i augmenta el marge NPSHr (cap de succió positiu net), especialment eficaç en condicions de baix cabal.

3. Casos experimentals de verificació i enginyeria

3.1 Dades de les proves de laboratori

Un institut de recerca va realitzar proves comparatives sobre a Bomba de turbina vertical multietapa (paràmetres: 2950 rpm, 100 m³/h, 200 m de cabal).

3.2 Exemples d'aplicacions industrials

● Renovació de la bomba de circulació petroquímica: una refineria va reduir la bretxa de l'impulsor de 0.4 mm a 0.28 mm, aconseguint un estalvi energètic anual de 120 kW·h i una reducció del 8% dels costos d'explotació.

● Optimització de la bomba d'injecció de plataforma offshore: utilitzant interferometria làser per controlar la bretxa (±0.02 mm), l'eficiència volumètrica d'una bomba va millorar del 81% al 89%, resolent els problemes de vibració causats per buits excessius.

4. Mètodes d'optimització i passos d'implementació

4.1 Model matemàtic per a l'optimització de la bretxa

D'acord amb les lleis de semblança de la bomba centrífuga i els coeficients de correcció, la relació entre el buit i l'eficiència és:

η = η₀(1 − k·δD)

on δ és el valor de la bretxa, D és el diàmetre de l'impulsor i k és un coeficient empíric (normalment 0.1–0.3).

4.2 Tecnologies clau d'implementació

●Fabricació de precisió: Les màquines CNC i les eines de rectificat aconsegueixen una precisió de nivell de micròmetre (IT7–IT8) per a impulsors i carcasses.

●Mesurament in situ: Les eines d'alineació làser i els mesuradors de gruix ultrasònics controlen els buits durant el muntatge per evitar desviacions.

● Ajust dinàmic: Per a medis d'alta temperatura o corrosius, s'utilitzen anells de segellat reemplaçables amb un ajustament fi basat en cargols.

4.3 Consideracions

● Balanç de fricció-desgast: Els buits de mida inferior augmenten el desgast mecànic; Cal equilibrar la duresa del material (per exemple, Cr12MoV per a impulsors, HT250 per a carcassa) i les condicions de funcionament.

● Compensació de l'expansió tèrmica: Els buits reservats (0.03–0.05 mm) són necessaris per a aplicacions d'alta temperatura (per exemple, bombes d'oli calent).

5. Tendències futures

●Disseny digital: Els algorismes d'optimització basats en IA (per exemple, algorismes genètics) determinaran ràpidament els buits òptims.

●Fabricació additiva: La impressió 3D de metall permet dissenys integrats de carcassa d'impulsor, reduint els errors de muntatge.

●Monitorització intel·ligent: Els sensors de fibra òptica combinats amb els bessons digitals permetran el seguiment de la bretxa en temps real i la predicció de la degradació del rendiment.

Conclusió

L'optimització de la bretxa de l'impulsor és un dels mètodes més directes per millorar l'eficiència de la bomba de turbina vertical multietapa. La combinació de la fabricació de precisió, l'ajust dinàmic i la supervisió intel·ligent pot aconseguir guanys d'eficiència del 5 al 15%, reduir el consum d'energia i reduir els costos de manteniment. Amb els avenços en la fabricació i l'anàlisi, l'optimització de buits evolucionarà cap a una major precisió i intel·ligència, convertint-se en una tecnologia bàsica per a la modernització de l'energia de la bomba.

Nota: Les solucions pràctiques d'enginyeria han d'integrar propietats mitjanes, condicions operatives i limitacions de costos, validades mitjançant l'anàlisi del cost del cicle de vida (LCC).